簡介

　　20世紀70年代以后，由于對氫能源的研究和開發(fā)日趨重要，首先要解決氫氣的安全貯存和運輸問題，儲氫材料范圍日益擴展至過渡金屬的合金。如鑭鎳金屬間化合物就具有可逆吸收和釋放氫氣的性質(zhì)：

　　每克鑭鎳合金能貯存0.157升氫氣，略為加熱，就可以使氫氣重新釋放出來。LaNi5是鎳基合金，鐵基合金可用作儲氫材料的有TiFe，每克TiFe能吸收貯存0.18升氫氣。其他還有鎂基合金，如Mg2Cu、Mg2Ni等，都較便宜。

常見材料

　　目前儲氫材料有金屬氫化物、碳纖維碳納米管、非碳納米管、玻璃儲氫微球、絡合物儲氫材料以及有機液體氫化物。下面僅就合金、有機液體以及納米儲氫材料三個方面對儲氫材料加以介紹。

　　一,合金儲氫材料

　　儲氫合金是指在一定溫度和氫氣壓力下,能可逆的大量吸收、儲存和釋放氫氣的金屬間化合物,其原理是金屬與氫形成諸如離子型化合物、共價型金屬氫化物、金屬相氫化物-金屬間化合物等結(jié)合物,并在一定條件下能將氫釋放出來。合金作為儲氫材料要滿足一定的要求,首先其氫化物的生成熱要適當,如果生成熱太高,生成的氫化物過于穩(wěn)定,釋放氫時就需要較高的溫度.而如果生成熱太低,則不易吸收氫。其次形成氫化物的平衡壓要適當,最好在室溫附近只有幾個大氣壓,便于吸放氫,而且要吸放速度快，這樣才能夠滿足實際應用的需求。另外合金及其氫化物對水、氧和二氧化碳等雜質(zhì)敏感性小，反復吸放氫時，材料性能不至于惡化。而且，儲氫材料的氫化物還要滿足在存儲與運輸過程中性能可靠、安全、無害、化學性質(zhì)穩(wěn)定等條件?，F(xiàn)在已研究的并且符合上述要求的有鎂系、稀土系、鈦系和鋯系等。

　　在上述儲氫材料中，鎂系儲氫合金具有較高的儲氫容量，而且吸放氫平臺好、資源豐富、價格低廉，應用前景十分誘人。鎂可直接與氫反應,在300—400℃和較高的壓力下, 反應生成Mg和H2反應生成MgH2: Mg + H2= MgH2?△H=-74.6kJ/mol。MgH2理論氫含量可達7.6% , 具有金紅石結(jié)構(gòu), 性能較穩(wěn)定, 在287 ℃時分解壓為101.3kPa。由于純鎂的吸放氫反應動力學性能差, 吸放氫溫度高, 所以純鎂很少被直接用來儲存氫氣，為此人們又開始研究鎂基儲氫合金材料。到目前為止, 人們已對300多種重要的鎂基儲氫合金材料進行了研究。

　　二，液態(tài)有機物儲氫材料

　　有機液體氫化物貯氫是借助不飽和液體有機物與氫的一對可逆反應, 即加氫和脫氫反應來實現(xiàn)的。加氫反應時貯氫,脫氫反應時放氫, 有機液體作為氫載體達到貯存和輸送氫的目的。烯烴、炔烴、芳烴等不飽和有機液體均可作貯氫材料, 但從貯氫過程的能耗、貯氫量、貯氫劑、物理等方面考慮, 以芳烴特別是單環(huán)芳烴作貯氫劑為佳, 常用的有機物氫載體有苯、甲苯、甲基環(huán)己烷、萘等。用這些有機液體氫化物作為貯氫劑的貯氫技術(shù), 是20 世紀80 年代開發(fā)的一種新型貯氫技術(shù)。

　　1980年, Taube 等分析、論證了利用甲基環(huán)己烷作氫載體貯氫為汽車提供燃料的可能性。隨后許多學者對為汽車提供燃料的技術(shù)開展了很多卓有成效的研究和開發(fā)工作, 對催化加氫脫氫的貯存輸送進行了廣泛的開發(fā)。有機液體氫化物貯氫作為一種新型貯氫材料, 其貯氫特點是: 有機液的貯存、運輸安全方便, 可利用現(xiàn)有的貯存和運輸設備,有利于長距離大量運輸，貯氫量大, 苯和甲苯的理論貯氫量分別為7.19(wt)% 和6.18(wt)% ,比現(xiàn)有的金屬貯氫量高得多，貯氫劑成本低且可多次循環(huán)使用，加氫反應要放出大量的熱,可供利用,脫氫反應可利用廢熱。

　　目前存在的主要問題是有機物氫載體的脫氫溫度偏高, 實際釋氫效率偏低。因此, 開發(fā)低溫高效的有機物氫載體脫氫催化劑、采用膜催化脫氫技術(shù)對提高過程效能有重要意義。

　　三，納米儲氫材料

　　納米儲氫材料分為兩種方式，一種是將原有的儲氫材料納米化，還有一種就是開發(fā)新的納米材料作為儲氫材料。

　　儲氫合金納米化提高儲氫特性主要表現(xiàn)在以下幾個方面原因。

　?。?）對于納米尺寸的金屬顆粒，連續(xù)的能帶分裂為分立的能級，并且能級間的平均間距增大，使得氫原子容易獲得解離所需的能量，表現(xiàn)為貯氫合金活化能降低和活化溫度降低。

　?。?）納米顆粒具有巨大的比表面積，電子的輸送將受到微粒表面的散射，顆粒之間的界面形成電子散射的高勢壘，界面電荷的積累產(chǎn)生界面極化，而元素的電負性差越大，合金的生成焓越負,合金氫化物越穩(wěn)定。金屬氫化物能夠大量生成，單位體積吸納的氫的質(zhì)量明顯大于宏觀顆粒。

　?。?）納米貯氫合金比表面積大，表面能高，氫原子有效吸附面積顯著增多，氫擴散阻力下降，而且氫解反應在合金納米晶的催化作用下反應速率增加，納米晶具有高比例的表面活性原子，有利于反應物在其表面吸附，有效降低了電極表面氫原子的吸附活化能,因而具有高的電催化性能。另外，由于納米晶粒相當細小,導致晶界和晶格缺陷增加，而晶體缺陷和位錯處的原子具有較高的能量可視為反應的活性中心,從而降低析氫過電位。

　　（4）晶粒的細化使其硬度增加，貯氫合金的整體強度隨晶粒尺寸的增加而增強，這對于抗酸堿及抗循環(huán)充放粉化，以及抵抗充放電形成的氧壓對貯氫基體的沖擊大有裨益，并且顯著提高了貯氫合金耐腐蝕性。